RU2467468C1 - Broadband current amplifier - Google Patents
Broadband current amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2467468C1 RU2467468C1 RU2011142544/08A RU2011142544A RU2467468C1 RU 2467468 C1 RU2467468 C1 RU 2467468C1 RU 2011142544/08 A RU2011142544/08 A RU 2011142544/08A RU 2011142544 A RU2011142544 A RU 2011142544A RU 2467468 C1 RU2467468 C1 RU 2467468C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- current
- transistor
- additional
- emitter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, СВЧ-усилителях тока, смесителях и перемножителях сигналов и т.п.).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, microwave current amplifiers, mixers and signal multipliers, etc.).
В современной микроэлектронике широко применяются так называемые усилители тока Гильберта [1]. Их основное достоинство - широкий диапазон рабочих частот и наиболее полное использование высокочастотных свойств применяемых транзисторов. Такие усилители стали базовым функциональным узлом многих СВЧ изделий [1-17].In modern microelectronics, the so-called Hilbert current amplifiers are widely used [1]. Their main advantage is a wide range of operating frequencies and the most complete use of high-frequency properties of transistors used. Such amplifiers have become the basic functional unit of many microwave products [1-17].
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является широкополосный усилитель (ШУ), описанный в патенте фирмы Siemens US 4.277.756 (фиг.1). Кроме этого данная архитектура присутствует во многих других публикациях [1-17].The closest prototype of the claimed device is a broadband amplifier (SHU), described in the patent of Siemens US 4,277,756 (figure 1). In addition, this architecture is present in many other publications [1-17].
ШУ-прототип содержит первый 1 входной транзистор, эмиттер которого соединен с первым 2 токовым входом и через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, второй 5 входной транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 6 токовым входом и через второй 7 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, вспомогательный источник напряжения 8, связанный с базами первого 1 и второго 5 входных транзисторов, третий 9 и четвертый 10 входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и соединены с первой 4 шиной источников питания через третий 11 токостабилизирующий двухполюсник, первый 12 токовый выход устройства, согласованный со второй 13 шиной источника питания, к которому подключены коллекторы первого 1 и четвертого 10 входных транзисторов, второй 12 токовый выход устройства, согласованный со второй 13 шиной источника питания, к которому подключены коллекторы второго 5 и третьего 9 входных транзисторов.The SHU-prototype contains the first 1 input transistor, the emitter of which is connected to the first 2 current input and connected through the first 3 current-stabilizing two-terminal devices to the first 4 bus of the power supply, the second 5 input transistor, the emitter of which is connected to the second 6 current input and through the second 7 current-stabilizing two-terminal device connected to the first 4 bus of the power source, an
Существенный недостаток известного ШУ состоит в том, что он не работоспособен при напряжениях питания . Это не позволяет использовать данную архитектуру в электронных схемах с , а также при их изготовлении по СВЧ SiGe-технологиям с малыми топологическими нормами, которые не допускают работу транзисторов при A significant disadvantage of the known SHU is that it is not operational at supply voltages . This does not allow the use of this architecture in electronic circuits with , as well as in their manufacture using microwave SiGe technologies with small topological standards that do not allow the operation of transistors at
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в снижении допустимого напряжения питания ШУ до 1,5 В при сохранении на достаточно высоком уровне основных динамических параметров.The main objective of the invention is to reduce the permissible supply voltage of the control unit to 1.5 V while maintaining a sufficiently high level of basic dynamic parameters.
Поставленная задача достигается тем, что в широкополосном усилителе тока, фиг.1, содержащем первый 1 входной транзистор, эмиттер которого соединен с первым 2 токовым входом и через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, второй 5 входной транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 6 токовым входом и через второй 7 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, вспомогательный источник напряжения 8, связанный с базами первого 1 и второго 5 входных транзисторов, третий 9 и четвертый 10 входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и соединены с первой 4 шиной источников питания через третий 11 токостабилизирующий двухполюсник, первый 12 токовый выход устройства, согласованный со второй 13 шиной источника питания, к которому подключены коллекторы первого 1 и четвертого 10 входных транзисторов, второй 12 токовый выход устройства, согласованный со второй 13 шиной источника питания, к которому подключены коллекторы второго 5 и третьего 9 входных транзисторов, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 15 и второй 16 дополнительные транзисторы, базы которых соединены со вспомогательным источником напряжения 8, эмиттер первого 15 дополнительного транзистора подключен к первому 2 входу устройства, эмиттер второго 16 дополнительного транзистора подключен ко второму 6 входу устройства, коллектор первого 15 дополнительного транзистора соединен с базой второго 9 входного транзистора и первой 17 цепью дополнительной нагрузки, коллектор второго 16 дополнительного транзистора связан с базой четвертого 10 входного транзистора и второй 18 цепью дополнительной нагрузки.The problem is achieved in that in the broadband current amplifier, figure 1, containing the first 1 input transistor, the emitter of which is connected to the first 2 current input and through the first 3 current-stabilizing two-terminal connected to the first 4 bus of the power source, the second 5 input transistor, the emitter of which connected to the second 6 current input and through the second 7 current-stabilizing two-terminal connected to the first 4 bus power supply, an
На фиг.1 представлена схема широкополосного усилителя-прототипа.Figure 1 presents a diagram of a broadband amplifier prototype.
Схема заявляемого устройства, соответствующего п.1 и п.2 формулы изобретения, показана на фиг.2.A diagram of the inventive device corresponding to claim 1 and
На фиг.3 представлена схема ШУ-прототипа (фиг.1) в среде компьютерного моделирования Cadence на моделях SiGe интегральных транзисторов, а на фиг.4 - схема заявляемого широкополосного усилителя тока фиг.2.Figure 3 presents a diagram of the SHU-prototype (figure 1) in the Cadence computer simulation environment on SiGe models of integrated transistors, and Fig. 4 is a diagram of the inventive broadband current amplifier of Fig. 2.
На фиг.5 приведена зависимость коэффициента передачи по току Ki заявляемого ШУ фиг.4 от частоты при различных значениях суммарного тока эмиттерной цепи I17=I0 транзисторов Q24, Q25 (т.е. транзисторов 9 и 10, фиг.2).Figure 5 shows the dependence of the current transfer coefficient K i of the inventive control circuit of Figure 4 on the frequency for various values of the total emitter circuit current I 17 = I 0 of transistors Q 24 , Q 25 (i.e.,
На фиг.6 показана частотная зависимость нормированного коэффициента передачи по току ШУ, фиг.4 (Kinormal), при токе I17=I6=8 мА, гдеFigure 6 shows the frequency dependence of the normalized coefficient of current transfer SHU, figure 4 (K inormal ), at a current of I 17 = I 6 = 8 mA, where
К0 - коэффициент усиления по току Ki в диапазоне средних частот.To 0 is the current gain K i in the medium frequency range.
Широкополосный усилитель тока, фиг.2, содержит первый 1 входной транзистор, эмиттер которого соединен с первым 2 токовым входом и через первый 3 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, второй 5 входной транзистор, эмиттер которого соединен со вторым 6 токовым входом и через второй 7 токостабилизирующий двухполюсник соединен с первой 4 шиной источника питания, вспомогательный источник напряжения 8, связанный с базами первого 1 и второго 5 входных транзисторов, третий 9 и четвертый 10 входные транзисторы, эмиттеры которых объединены и соединены с первой 4 шиной источников питания через третий 11 токостабилизирующий двухполюсник, первый 12 токовый выход устройства, согласованный со второй 13 шиной источника питания, к которому подключены коллекторы первого 1 и четвертого 10 входных транзисторов, второй 12 токовый выход устройства, согласованный со второй 13 шиной источника питания, к которому подключены коллекторы второго 5 и третьего 9 входных транзисторов. В схему введены первый 15 и второй 16 дополнительные транзисторы, базы которых соединены со вспомогательным источником напряжения 8, эмиттер первого 15 дополнительного транзистора подключен к первому 2 входу устройства, эмиттер второго 16 дополнительного транзистора подключен ко второму 6 входу устройства, коллектор первого 15 дополнительного транзистора соединен с базой второго 9 входного транзистора и первой 17 цепью дополнительной нагрузки, коллектор второго 16 дополнительного транзистора связан с базой четвертого 10 входного транзистора и второй 18 цепью дополнительной нагрузки. В практических схемах в качестве вспомогательного источника напряжения 8 может использоваться общая шина источников питания 4 и 13.The broadband current amplifier, figure 2, contains the first 1 input transistor, the emitter of which is connected to the first 2 current input and through the first 3 current-stabilizing two-terminal device is connected to the first 4 bus of the power source, the second 5 input transistor, the emitter of which is connected to the second 6 current input and through the second 7, the current-stabilizing two-terminal is connected to the first 4 bus of the power source, an
На фиг.2, в соответствии с п.2 формулы изобретения, первая 17 и вторая 18 цепи дополнительной нагрузки выполнены в виде двух последовательно соединенных прямосмещенных p-n переходов (21, 22) и (23, 24). В ряде случаев это могут быть резисторы.In figure 2, in accordance with
В частном случае токовые выходы устройства 12 и 14 могут быть подключены к резисторам основной нагрузки 19 и 20, осуществляющим преобразование выходных токов в выходные напряжения.In the particular case, the current outputs of the
Рассмотрим работу ШУ фиг.1 и фиг.2 на постоянном токе.Consider the operation of the SHU of figure 1 and figure 2 on direct current.
При практической реализации токостабилизирующих двухполюсников ШУ-прототипа, фиг.1, его минимальное напряжение питания определяется тремя прямосмещенными p-n переходами (транзисторы 1, 9 и транзистор, на основе которого выполнен двухполюсник 11) (Uкэ.min.11≈0,7 B, Uэб9≈Uэб1≈0,7 В). Поэтому . Практически из-за особенностей SiGe транзисторов в ШУ-прототипе .In the practical implementation of the current-stabilizing two-pole SHU-prototype, figure 1, its minimum supply voltage is determined by three directly biased pn junctions (
Статический режим транзисторов заявляемой схемы ШУ, фиг.2, устанавливается двухполюсниками 3, 7, 11. За счет новых связей токостабилизирующие двухполюсники 3, 11, 7 реализуются по одинаковым (традиционным) схемам источников тока на биполярных транзисторах и имеют одинаковое минимальное напряжение Uкэ.min, при котором их транзисторы не входят в насыщение (Uкэ.min≈0,7 B). В результате схема, фиг.2, может иметь малые отрицательные и положительные напряжения питания:The static mode of the transistors of the claimed circuit SHU, figure 2, is set by two-
где - напряжения на p-n переходах 21, 22;Where - voltage at pn junctions 21, 22;
- минимально возможное напряжение на двухполюснике 3, выполненном на биполярном транзисторе, находящемся в активном режиме; - the minimum possible voltage at the two-
- напряжение эмиттер-база 15. - voltage emitter-base 15.
На переменном токе ШУ, фиг.2, работает аналогично ШУ, фиг.1, и имеет практически такие же характеристики (фиг.5, фиг.6), что и известное устройство - обеспечивает усиление сигналов до частоты fв=43,4 ГГц.On alternating current SHU, figure 2, works similarly to SHU, figure 1, and has almost the same characteristics (figure 5, figure 6) as the known device - provides signal amplification to a frequency f in = 43.4 GHz .
Приращение входного тока iвx=2iвx.2 ШУ, фиг.2, делится на две части. Первая составляющая iвx поступает в эмиттер, а затем коллектор первого 1 входного транзистора. Вторая составляющая передается в коллектор транзистора 15 и создает на цепи нагрузки 17 приращение напряжения, поступающее на базу транзистора 9. Как следствие, изменяются эмиттерные и коллекторные токи транзисторов 9 и 10, что вызывает в цепи токового выхода 12 суммарное приращение тока:The increment of the input current i inx = 2i inx.2 SHU, figure 2, is divided into two parts. The first component i Bx is supplied to the emitter, and then the collector of the first 1 input transistor. The second component is transmitted to the collector of transistor 15 and creates a voltage increment on the load circuit 17, which flows to the base of
где .Where .
За счет изменения отношения /I0 можно управлять величиной Ki в схеме ШУ, фиг.2.By changing attitudes / I 0 you can control the value of K i in the circuit SHU, figure 2.
Таким образом, заявляемое устройство выполняет функции СВЧ-усилителя тока при напряжениях питания , что недостижимо в рамках известных технических решений.Thus, the claimed device performs the functions of a microwave current amplifier at supply voltages , which is unattainable in the framework of well-known technical solutions.
Источники информацииInformation sources
1. Barrie Gilbert. A Precise Four-Quadrant Multiplier with Subnanosecond Response/ IEEE Journal of Solid-State circuits, vol. sc-3, no.4, December, 1968. - С.365-373.1. Barrie Gilbert. A Precise Four-Quadrant Multiplier with Subnanosecond Response / IEEE Journal of Solid-State circuits, vol. sc-3, no.4, December, 1968 .-- S.365-373.
2. Патент США №2.013.444 НЗТ.2. US patent No. 2.013.444 NZT.
3. Патент США №4.277.756.3. US patent No. 4.277.756.
4. Патент Японии JP 54-34308(9815) А21.4. Japanese Patent JP 54-34308 (9815) A21.
5. Патент США №4.048.577, фиг.1.5. US patent No. 4.048.577, figure 1.
6. Патентная заявка США №2009/0219094.6. US patent application No. 2009/0219094.
7. Патент WO №03/044948, фиг.2.7. Patent WO No. 03/044948, FIG. 2.
8. Патент США №3.760.194, фиг.2.8. US patent No. 3.760.194, Fig.2.
9. Патент США №3.931.583, фиг.7.9. US Patent No. 3,931.583, Fig.7.
10. Патент США №4.528.517.10. US Patent No. 4,528.517.
11. Патент США №3.843.934, фиг.1.11. US patent No. 3.843.934, figure 1.
12. Патент США №6.529.075, фиг.1.12. US patent No. 6.529.075, figure 1.
13. Патент №1454411.13. Patent No. 1454411.
14. Патент США №4.322.688.14. US patent No. 4.322.688.
15. Патент США №6.529.075, фиг.1.15. US patent No. 6.529.075, figure 1.
16. Патентная заявка Японии JP 2004/88498, фиг.2.16. Japanese Patent Application JP 2004/88498, FIG. 2.
17. Ю.С.Ежков. Справочник по схемотехнике усилителей. Изд. 2-е. М.: Радиософт, 2002. - С.240, рис.8.53.17. Yu.S. Ezhkov. Handbook of amplifier circuitry. Ed. 2nd. M .: Radiosoft, 2002.- P.240, Fig. 8.53.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142544/08A RU2467468C1 (en) | 2011-10-20 | 2011-10-20 | Broadband current amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142544/08A RU2467468C1 (en) | 2011-10-20 | 2011-10-20 | Broadband current amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2467468C1 true RU2467468C1 (en) | 2012-11-20 |
Family
ID=47323403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011142544/08A RU2467468C1 (en) | 2011-10-20 | 2011-10-20 | Broadband current amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2467468C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519348C1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Controlled amplifier and analogue signal mixer based on darlington differential stage |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4277756A (en) * | 1978-01-31 | 1981-07-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Amplifier circuit arrangement for aperiodic signals |
US7218082B2 (en) * | 2005-01-21 | 2007-05-15 | Linear Technology Corporation | Compensation technique providing stability over broad range of output capacitor values |
RU2310268C1 (en) * | 2006-04-05 | 2007-11-10 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Low-voltage powered cascade differential amplifier |
RU2419189C1 (en) * | 2010-02-09 | 2011-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Analogue voltage multiplier with low-voltage power supply |
-
2011
- 2011-10-20 RU RU2011142544/08A patent/RU2467468C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4277756A (en) * | 1978-01-31 | 1981-07-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Amplifier circuit arrangement for aperiodic signals |
US7218082B2 (en) * | 2005-01-21 | 2007-05-15 | Linear Technology Corporation | Compensation technique providing stability over broad range of output capacitor values |
RU2310268C1 (en) * | 2006-04-05 | 2007-11-10 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Low-voltage powered cascade differential amplifier |
RU2419189C1 (en) * | 2010-02-09 | 2011-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Analogue voltage multiplier with low-voltage power supply |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2519348C1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Controlled amplifier and analogue signal mixer based on darlington differential stage |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | A 27–41 GHz frequency doubler with conversion gain of 12 dB and PAE of 16.9% | |
RU2380824C1 (en) | Alternating current amplifier with controlled amplification | |
RU2467468C1 (en) | Broadband current amplifier | |
Abdo et al. | A 100–123GHz CMOS frequency doubler with 5.5 dBm output power and high fundamental rejection | |
Bao et al. | A D-band frequency sixtupler MMIC with very low DC power consumption | |
RU2388137C1 (en) | Complementary cascode differential amplifier with controlled gain | |
RU2436227C1 (en) | Broadband amplifier | |
Bao et al. | A D-band keyable high efficiency frequency quadrupler | |
RU2384938C1 (en) | Complementary differential amplifier with controlled gain | |
RU2394358C1 (en) | Low-voltage analogue voltage multiplier | |
RU2416155C1 (en) | Differential operating amplifier | |
RU2475941C1 (en) | Differential amplifier with complementary input cascade | |
RU2421897C1 (en) | Controlled complementary differential amplifier | |
RU2460206C1 (en) | Cascode microwave amplifier with low supply voltage | |
CN203552113U (en) | CMOS (complementary metal oxide semiconductor)-process-based chopper bandgap reference circuit and reference voltage chip | |
RU2396698C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2390912C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2419189C1 (en) | Analogue voltage multiplier with low-voltage power supply | |
RU2461956C1 (en) | Broad-band current amplifier | |
RU2396595C2 (en) | Analogue multiplier of voltages | |
RU2390922C1 (en) | Controlled amplifier and analogue multiplier of signals on its basis | |
RU2421888C1 (en) | Differential amplifier | |
RU2389071C1 (en) | Analog multiplier of voltages | |
RU2389130C1 (en) | Cascode differential amplifier with controlled amplification | |
RU2475946C1 (en) | Ac amplifier with antiphased current outputs |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131021 |